薄膜的形成方法和成膜裝置的制作方法

專利名稱：薄膜的形成方法和成膜裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在半導體晶圓等被處理體的表面上形成晶種膜和薄膜的成膜方法和成膜裝置。
背景技術：
通常，為了制造半導體集成電路而對由硅基板等構成的半導體晶圓進行成膜處理、蝕刻處理、氧化處理、擴散處理、改性處理以及自然氧化膜的去除處理等各種處理。上述各種處理之中，例如舉出成膜處理為例來進行說明，例如在DRAM等半導體集成電路的制造過程的中途，有時進行如下這樣的成膜工序在形成于半導體晶圓的表面上的絕緣膜上形成接觸孔、通孔、布線槽、圓柱體結構的電容器的圓柱體(cylinder)槽等凹部，并利用導電性的薄膜嵌入該凹部的方式進行成膜。
作為這種嵌入凹部用的薄膜,從臺階覆蓋率(step coverage)比較良好、而且成本也比較低的方面來考慮，一直以來在使用例如含雜質的硅膜。參照圖19A和圖19B來說明上述凹部的嵌入。圖19A和圖19B是表不對形成在半導體晶圓的表面上的凹部進行嵌入時的一個例子的圖。
如圖19A所示，在作為被處理體的例如由硅基板等構成的半導體晶圓W (以下，也稱作“晶圓W”)的表面上較薄地形成有由例如SiO2等構成的作為基底的絕緣膜2，在該絕緣膜2上形成有凹部4。該凹部4相當于謀求與下層、基板本身接觸的接觸孔、通孔、布線槽以及圓柱體結構的電容器的圓柱體槽等。在圖19A和圖19B中，作為一個例子示出了謀求與基板本身接觸的接觸孔。而且，如圖19B所不,為了嵌入上述凹部4而在該半導體晶圓W的表面上形成導電性的薄膜6。作為該薄膜6，如上所述那樣多使用含雜質的硅膜。
作為形成這種薄膜6的成膜方法，公知有例如向處理容器內交替地供給SiCl4等包含作為半導體的硅的成分元素的氣體和BCl3等包含雜質元素的氣體而在IPa 10 — 6Pa左右的較低的壓力范圍內形成含雜質的單晶薄膜的成膜方法(專利文獻I )、例如通過交替地供給甲硅烷(SiH4)氣體和磷化氫氣體而交替地形成多晶硅層和磷的吸附層的成膜方法(專利文獻2)、以及同時供給甲硅烷和三氯化硼(BCl3)并利用CVD (Chemical Vapor Deposition :化學氣相沉積法)來進行成膜的方法(專利文獻3)等。
專利文獻1:日本特開昭61 - 034928號公報
專利文獻2 :日本特開平05 — 251357號公報
專利文獻3 日本特開平08 - 153688號公報
另外，在微細化的要求并不很嚴格而設計規則比較寬松的情況下，上述那樣的各個成膜方法能夠良好地進行相對于上述那樣的凹部的嵌入，臺階覆蓋率也良好而得到了較高的嵌入特性。但是，若像最近這樣微細化要求進一步提高而設計規則變得更加嚴格，則開始不能得到充分的嵌入特性。另外，例如，如圖19B所示，開始不能夠忽視膜中所產生的空隙8的存在。該空隙8將成為引起接觸阻抗增大的主要原因。
尤其是在最近，還要求有上述那樣的凹部4的孔徑為40nm以下、并且深徑比(aspect ratio)為10以上的嚴格的設計規則，希望盡快解決上述那樣的問題點。另外，除了產生上述空隙8，還存在表面粗糙度的精度也降低這樣的問題。發明內容
本發明著眼于以上那樣的問題點，為了有效地解決該問題而發明的。本發明是一種即使在較低的溫度下也能夠形成嵌入特性良好且也提高了表面粗糙度的精度的硅膜、硅鍺膜那樣的薄膜的、薄膜的形成方法和成膜裝置。
本申請的發明人推測了非晶態的含雜質的硅膜的表面粗糙度是不是與非晶態的含雜質的硅膜的孵育(incubation)時間有關。假設為孵育時間越長，核的尺寸越易于出現偏差，對在核產生后開始沉積的非晶態的含雜質的硅膜的表面粗糙度的精度帶來影響。
本申請的發明人如下說明的那樣成功地縮短了非晶態的含雜質的硅膜的孵育時間，其結果，成功地進一步改進了非晶態的含雜質的硅膜的表面粗糙度的精度并且提高了嵌入特性。
本發明的一技術方案的發明是一種薄膜的形成方法，其用于在能夠進行真空排氣的處理容器內在被處理體的表面上形成晶種膜和含雜質的硅膜，其特征在于，該薄膜的形成方法具有以下步驟第I步驟，向上述處理容器內供給由氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體構成的晶種膜用原料氣體而在上述被處理體的表面上形成上述晶種膜；以及第2步驟，向上述處理容器內供給硅烷類氣體和含雜質氣體而形成非晶態的上述含雜質的娃膜。
本發明的另一個技術方案的發明是一種薄膜的形成方法，其用于在能夠進行真空排氣的處理容器內在被處理體的表面上形成晶種膜和硅鍺膜，其特征在于，該薄膜的形成方法具有以下步驟第I步驟，向上述處理容器內供給由氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體構成的晶種膜用原料氣體而在上述被處理體的表面上形成上述晶種膜； 以及第2步驟，向上述處理容器內供給硅烷類氣體和含鍺氣體而形成上述硅鍺膜。
本發明的又一個技術方案的發明是一種成膜裝置，其用于在被處理體的表面上形成含雜質的薄膜，其特征在于，該成膜裝置包括處理容器，其能夠容納上述被處理體；保持部件，其用于在上述處理容器內保持上述被處理體；加熱部件，其用于加熱上述被處理體；氣體供給部件，其用于向上述處理容器內供給所需的氣體；真空排氣系統，其用于排出上述處理容器內的氣氛氣體；控制部件，其用于控制裝置整體的動作，從而執行上述本發明的一個技術方案的薄膜的形成方法。
將在下面的說明中闡述本發明的其它目的和優點，其部分地從下面的說明中顯現或者可以通過實施本發明而了解。
本發明的目的和優點可以借助于在下文中特別指示的手段和組合實現及獲得。


被并入本說明書 中并且構成本說明書的一部分的附示出本發明的實施方式， 并且與上述概略說明及下面給出的對實施方式的詳細說明一起，用于解釋本發明的原理。
圖1是表示用于實施本發明方法的成膜裝置的第I實施例的一個例子的結構圖。
圖2是表示本發明方法的第I實施例的第2步驟中的各氣體的供給方式的一個例子的時序圖。
圖3是表示本發明方法的第I實施例的各工序的一個例子的流程圖。
圖4A和圖4B是表示根據本發明方法的第I實施例被形成薄膜的被處理體的一個例子的剖視圖。
圖5A至圖5C是示意性地表示SiH4 (甲硅烷)與BCl3反應的反應過程的圖。
圖6是將摻硼的非晶態的含雜質的硅膜形成在凹部時的電子顯微鏡照片的示意圖。
圖7是表示沉積時間與非晶態的含雜質的硅膜的膜厚之間的關系的圖。
圖8是表示沉積時間與非晶態的含雜質的硅膜的膜厚之間的關系的圖。
圖9是放大了圖7中的虛線框A內的放大圖。
圖10是放大了圖8中的虛線框B內的放大圖。
圖11是表示非晶態的含雜質的硅膜的膜厚與非晶態的含雜質的硅膜表面的平均線粗糖度Ra之間的關系的圖。
圖12是表示非晶態的含雜質的硅膜的膜厚與非晶態的含雜質的硅膜表面的霧度 (haze)之間的關系的圖。
圖13是表示作為本發明的成膜裝置的第2實施例的一部分的含鍺氣體供給部件的圖。
圖14是表示本發明的第2實施例的第2步驟中的各氣體的供給方式的一個例子的時序圖。
圖15是表示本發明方法的第2實施例的各工序的例子的流程圖。
圖16A和圖16B是表示根據本發明方法的第2實施例被形成薄膜的被處理體的一個例子的剖視圖。
圖17是表示用于進行本發明方法的第2實施例的評價的表面粗糙度的結果的圖表。
圖18是表示進行本發明方法的第2實施例時沉積的硅鍺膜的表面的附圖代用照片。
圖19A和圖19B是表示對形成在半導體晶圓的表面上的凹部進行嵌入時的一個例子的圖。
具體實施方式
現在，將參照

基于上面給出的發現而實現的本發明的實施方式。在下面的說明中，用相同的附圖標記指示具有實質相同的功能和結構的構成元件，并且僅在必需時才進行重復說明。
以下，根據附 圖詳細說明本發明的薄膜的形成方法和成膜裝置的一實施例。另外，在本說明書中，將非晶態的含雜質的硅定義為不僅是指非晶態的含雜質的硅的用語，還包括所有非晶態的含雜質的硅、能夠實現本說明書中所公開的表面粗糙度的精度的由非晶態 納米尺寸的晶粒聚集而成的納米晶娃、以及混有上述非晶態的含雜質的娃和上述納米晶硅的硅在內的用語。
第I實施例
圖1是表示用于實施本發明方法的成膜裝置的第I實施例的一個例子的結構圖。 另外，在所有附圖中，對通用的部分標注通用的參照附圖標記。如圖所示，該成膜裝置12具有形成為下端開放的筒體狀的批量式立式的處理容器14。該處理容器14能夠使用例如耐熱性較高的石英。
在該處理容器14的頂部設有開口的排氣口 16，并且在該排氣口 16上與該排氣口 16連接地設有例如呈直角向橫向彎曲的排氣噴嘴18。并且，在該排氣噴嘴18上連接有在中途夾設有壓力控制閥20、真空泵22等的真空排氣系統24，從而能夠對上述處理容器14 內的氣氛氣體進行抽真空來排氣。
上述處理容器14的下端被例如不銹鋼制的筒體狀的歧管26支承，以規定的間距多層地載置有多張作為被處理體的半導體晶圓W的、作為保持部件的石英制的晶圓舟皿28 能夠升降地從該歧管26的下方自由插入和退出。在上述處理容器14的下端與上述歧管26 的上端之間夾設有O型環等密封構件30，維持該部分的氣密性。在本實施例的情況下，該晶圓舟皿28能夠以大致相等的間距多層地支承例如50張 100張左右的直徑為300mm的晶圓W。另外，還存在利用石英將上述歧管26這一部分與上述處理容器14側一體成形的裝置例。
該晶圓舟皿28隔著石英制的保溫筒32載置在工作臺34上，該工作臺34被支承在旋轉軸38的上端部，該旋轉軸38貫穿用于開閉歧管26的下端開口部的蓋部36。并且， 在該旋轉軸38貫穿上述蓋部36的貫穿部夾設有例如磁性流體密封件40，氣密地密封該旋轉軸38并將該旋轉軸38支承為能夠旋轉。另外，在蓋部36的周邊部與歧管26的下端部夾設有例如由O型環等構成的密封構件42，保持處理容器14內的密封性。
上述的旋轉軸38安裝在例如支承于舟皿升降機等升降機構44的臂46的頂端，能夠使晶圓舟皿28和蓋部36等一體地升降。另外，也可以將上述工作臺34固定地設在上述蓋部36側，并且不使晶圓舟皿28旋轉就進行晶圓W的處理。
在上述處理容器14的側部以圍繞該處理容器14的方式設有由碳線制的加熱器構成的加熱部件48，能夠對位于該處理容器14的內側的上述半導體晶圓W進行加熱。另外在該加熱部件48的外周設有絕熱件50，能夠確保該加熱部件48的熱的穩定性。而且，在上述歧管26上設有用于向該處理容器14內導入各種氣體來進行供給的各種氣體供給部件。
具體來說，在該歧管26上分別設有硅烷類氣體供給部件52，其用于向上述處理容器14內供給成膜用的硅烷類氣體；含雜質氣體供給部件54，其用于向處理容器14內供給含雜質氣體；以及晶種膜用原料氣體供給部件80，其用于向處理容器14內供給由氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體構成的晶種膜用原料氣體。另外，在此，根據需要還設有用于向處理容器14內供給吹掃氣體、壓力調整用氣體的輔助氣體供給部件56。在此，將N2氣體用作吹掃氣體、壓力調整用氣體。另外，能夠取代該N2氣體，而使用Ar、He等稀有氣體。另外，在此，以將氨基硅烷類氣體用作上述晶種膜用原料氣體的情況為例進行說明。
上述硅烷類氣體供給部件52、含雜質氣體供給部件54、輔助氣體供給部件56以及晶種膜用原料氣體供給部件80分別具有貫穿上述歧管26的側壁而使其頂端部面對處理容器14內地設置的氣體噴嘴52A、54A、56A、80A。在上述各氣體噴嘴52A、54A、56A、80A 上分別連接有氣體通路62、64、66、82，并且在各氣體通路62、64、66、82上分別依次夾設有開閉閥62A、64A、66A、82A和質量流量控制器那樣的流量控制器62B、64B、66B、82B，分別對硅烷類氣體、含雜質氣體、N2氣體、氨基硅烷類氣體進行流量控制并使各氣體流動。
在此，作為硅烷類氣體，能夠使用例如只由硅和氫構成的硅烷類氣體，在此使用例如甲硅烷，作為含雜質氣體，使用BCl3氣體，作為吹掃氣體、壓力調整用氣體，使用N2氣體， 作為氨基硅烷類氣體，使用DIPAS (二異丙基氨基硅烷)。另外，作為硅烷類氣體，優選使用如上所述地只由硅和氫構成的硅烷類氣體，但是并不限定于此，若是至少包括硅和氫的硅烷類氣體，則都能夠應用。
并且，在該成膜裝置上為了控制各氣體的供給開始、供給停止、工藝溫度、以及工藝壓力等，或者為了控制該成膜裝置的整體的動作而設有由例如微型計算機等構成的控制部件70。該控制部件70為了儲存在對該成膜裝置12的動作進行控制時所使用的程序而具有存儲介質72。該存儲介質72由例如軟盤、⑶(Compact Disc :光盤)、硬盤、閃存器或DVD 等構成。另外，雖未圖示，但也可以使用專用線路經由用戶界面向控制部件70輸入各種指不、程序等。
成膜方法的第I實施例
接著，說明使用上述那樣構成的第I實施例的成膜裝置12進行的本發明的成膜方法的第I實施例。以下說明的各個動作如上所述在由計算機構成的控制部件70的控制下進行。
圖2是表示在本發明方法的第I實施例的第2步驟中的各氣體的供給方式的一個例子的時序圖，圖3是表示本發明方法的第I實施例的各工序的一個例子的流程圖，圖4A 和圖4B是表示根據本發明方法的第I實施例被形成薄膜的被處理體的一個例子的剖視圖， 圖5A至圖5C是示意性地表示SiH4 (甲硅烷)與BCl3反應的反應過程的圖。
在本發明方法的第I實施例中具有以下步驟第I步驟，向上述處理容器14內供給由氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體構成的晶種膜用原料氣體而在作為上述被處理體的半導體晶圓W的表面上形成上述晶種膜；以及第2步驟，向上述處理容器14內供給硅烷類氣體和含雜質氣體而形成非晶態的上述含雜質的硅膜。并且，在上述第 2步驟中，存在交替地供給硅烷類氣體和含雜質氣體的成膜方法、同時供給上述兩種氣體的成膜方法，首先，在此說明交替地供給兩種氣體的成膜方法。即，在該第2步驟中，說明交替地重復進行第I氣體供給工序和第2氣體供給工序的情況，在該第I氣體供給工序中以硅烷類氣體吸附在作為上述被處理體的半導體晶圓W的表面上的狀態向上述處理容器14內供給該硅烷類氣體,在該第2氣體供給工序中向上述處理容器14內供給含雜質氣體。
在第I步驟84中，進行晶種膜形成工序(S0)，該晶種膜形成工序(SO)通過向處理容器14內供給作為晶種膜用原料氣體的氨基硅烷類氣體、例如DIPAS而在作為被處理體的半導體晶圓W的表面上形成晶種膜。并且，接著，過渡到第2步驟86。另外，優選在過渡到第2步驟86之前進行將處理容器14內的殘留氣體排除的吹掃工序。
在表示第2步驟86中的氣體的供給方式的圖2的時序圖中，有脈沖的部分表示供給氣體的狀態。具體來說，在該第2步驟86中，首先，通過向處理容器14內供給作為硅烷類氣體的例如SiH4 (甲硅烷)氣體來進行第I氣體供給工序(SI)(參照圖2的(A))。在該第I氣體供給工序中，以甲硅烷氣體吸附在作為被處理體的半導體晶圓W的表面上的狀態供給上述甲硅烷氣體。接著，進行將殘留在處理容器14內的氣體排除的吹掃工序(S2)(參照圖2的(C))。另外，也可以省略該吹掃工序。
接著，通過向處理容器14內供給作為含雜質氣體的例如BCl3氣體來進行第2氣體供給工序(S3)(參照圖2的(B))。由此，BCl3氣體與吸附在上述晶圓W的表面上的SiH4 (甲硅烷)反應而形成非常薄的、例如I原子級別的厚度的、摻有硼(B)的硅膜。
接著，再進行將殘留在處理容器14內的氣體排除的吹掃工序(S4)(參照圖2的 (C))。另外，也可以省略該吹掃工序。并且，判斷是否將由上述的各工序SI S4構成的I 個循環重復了規定的循環數(S5)。在此，I個循環定義為進行了第I氣體供給工序SI之后至進行下一次的第I氣體供給工序SI為止的期間。
在上述步驟S5中未達到規定的循環數的情況下(S5的NO)，回到步驟SI將重復進行步驟SI S4至達到規定的循環數，層疊摻硼的非晶態的含雜質的硅膜。并且，在上述重復達到了規定的循環數的情況下(S5的YES)，成膜處理將會結束。
在實際的處理中，首先，未處理的半導體晶圓W多層地支承于晶圓舟皿28，將該晶圓W以該狀態從已預先加熱的處理容器14的下方輸入到該處理容器14內并以密封狀態容納在該處理容器14內。該半導體晶圓W的直徑為例如300mm，在此容納50張 100張左右。在該半導體晶圓W的表面上，在前工序中，例如像之前參照圖19A和圖19B說明的那樣， 形成成為基底的絕緣膜2，在該絕緣膜2上形成接觸孔、布線槽那樣的凹部4。作為成為上述基底的絕緣膜2，使用例如氧化硅膜、氮化硅膜等。
在該成膜處理過程中，始終利用真空排氣系統24對上述處理容器14內的氣氛氣體進行抽真空來進行壓力調整。另外，在成膜處理過程中，通過旋轉晶圓舟皿28而使半導體晶圓W以規定的轉速旋轉。并且，如上所述，向處理容器14內供給各種氣體來進行成膜處理。
在第I步驟84中，通過在將半導體晶圓W加熱了的狀態下使氨基硅烷類氣體向處理容器14內流動，如圖4A所示，在包含作為基底的絕緣膜2的表面和凹部4內的側面、底面在內的整個面上形成晶種膜88 (SO)0該晶種膜88主要由硅、碳以及氮的化合物構成。
作為上述氨基硅烷類氣體的例子，能夠包括從由BAS (丁基氨基硅烷)、BTBAS (雙叔丁基氨基硅烷)、DMAS (二甲氨基硅烷)、BDMAS (雙(二甲氨基)硅烷)、TDMAS (三(二甲氨基)硅烷)、DEAS (二乙基氨基硅烷)、BDEAS (雙(二乙基氨基)硅烷)、DPAS (二丙基氨基硅烷)、DIPAS (二異丙基氨基硅烷)、以及HEAD (六乙基氨基二硅烷)組成的組中選擇的I種以上的氣體。
另外，作為上述氨基硅烷類氣體，并不限于分子式中的硅(Si)為I個的氣體，也能夠使用分子式中的硅為兩個的氣體、例如六乙基氨基二硅烷(C12H36N6Si2)等。
而且，除了六乙基氨基二硅烷之外，也能夠使用利用下述的式(I) (4)表示的物質。
(I) ((RlR2)N)nSi2H6 —n —m(R3)m-n :氨基的數量 m :烷基的數量
(2) ((Rl)NH)nSi2H6 —n — m(R3)m··· η :氨基的數量 m :烷基的數量
在(I)、(2)式中，
Rl、R2、R3=CH3、C2H5、C3H7
R1=R2=R3，或也可以不相同。
n=l 6的整數
m=0、I 5的整數
(3) ((RlR2)N)nSi2H6_n_m(Cl)m-n :氨基的數量 m:氯的數量
(4) ((Rl)NH)nSi2H6 —n — m (Cl)m-η :氨基的數量 ιTl :氯的數量
在(3)、(4)式中，
R1、R2=CH3、C2H5、C3H7
R1=R2,或也可以不相同。
n=l 6的整數
m=0、I 5的整數
在本例中，如上所述地使用了 DIPAS。
該第I步驟84中的處理條件的一個例子如下
DIPAS 流量500sccm
處理時間5分鐘
處理溫度400°C
處理壓力53. 2Pa (O. 4Torr)0
上述處理溫度(工藝溫度)優選為25(室溫)1 550°C的溫度范圍，在低于25°C的情況下，與硅膜形成溫度的溫度差變大而降低生產率，另外，在高于550°C的情況下，DIPAS 的吸附量成為I分子層以上而從吸附模式變成CVD模式，因此不是優選。
在本說明書中以下將該第I步驟84的工序稱作“預流動(preflow)”。如上所述， 若第I步驟84 (晶種膜形成工序S0)結束，則接著過渡到第2步驟86。在該第2步驟86 中，在第I氣體供給工序(SI)中，對上述甲硅烷氣體進行流量控制并從硅烷類氣體供給部件52的氣體噴嘴52A供給上述甲硅烷氣體。該甲硅烷氣體在處理容器14內上升并吸附在旋轉的晶圓W的表面上，并且，多余的氣體經由上部的排氣口 16和排氣噴嘴18被真空排氣系統24排出。
此時的工藝條件是，甲硅烷氣體的流量在例如IOOsccm 4000sccm的范圍內、例如1200sccm左右，工藝壓力在27Pa 6665Pa (O. 2Torr 50Torr)的范圍內、例如533Pa (4Torr)左右，工藝溫度在350°C 600°C的范圍內、例如400°C左右，氣體的供給期間Tl在 I秒 300秒的范圍內、例如60秒左右。
在此，若工藝溫度低于350°C，則甲硅烷難以吸附在晶圓W的表面上，因此不是優選，另外，在溫度高于600°C的情況下，甲硅烷發生熱分解而硅膜沉積，因此不是優選。另外， 若工藝壓力低于27Pa，則壓力過低而變得難以吸附甲硅烷，因此不是優選。另外，若工藝壓 力高于6665Pa，則吸附多層甲硅烷而變得難以控制膜中的硼的濃度，因此不是優選。
在緊接著該第I氣體供給工序之后的吹掃工序(S2)中，對N2氣體進行流量控制并從輔助氣體供給部件56的氣體噴嘴56A供給N2氣體。在此，將N2氣體用作吹掃氣體，為了將殘留在處理容器14內的甲硅烷氣體排除而使用N2氣體。在此，并不是在吹掃工序的整個期間內供給該N2氣體，而是僅在一部分期間、例如前一半期間內供給該N2氣體，在后一半期間內不供給該N2氣體而只繼續進行抽真空。
關于此時的工藝條件,N2氣體的流量為例如最大為5slm左右。工藝壓力在27Pa 6665Pa的范圍內，工藝溫度在350°C 600°C的范圍內，吹掃期間T2在O秒 300秒的范圍內、例如30秒左右。
在該吹掃工序之后的第2氣體供給工序(S3)中，對上述BCl3氣體進行流量控制并從含雜質氣體供給部件54的氣體噴嘴54A供給上述BCl3氣體。與此同時，作為壓力調整用氣體，對N2氣體進行流量控制并從輔助氣體供給部件56的氣體噴嘴56A供給N2氣體(參照圖2的(C))。該BCl3氣體和N2氣體在處理容器14內上升，BCl3氣體與吸附在晶圓W的表面上的甲硅烷反應而形成含硼的非晶態的硅膜。并且，多余的氣體經由上部的排氣口 16 和排氣噴嘴18被真空排氣系統24排出。
此時的工藝條件如下BC13氣體的流量在例如Isccm 500sccm的范圍內、例如 IOOsccm左右，N2氣體的流量最大為5slm左右，工藝壓力在27Pa 6665Pa (O. 2Torr 50Torr)的范圍內、例如533Pa (4Torr)左右，工藝溫度在350°C 600°C的范圍內、例如 400°C左右，氣體的供給期間T3在I秒 300秒的范圍內、例如60秒左右。
在此，若工藝溫度低于350°C，則吸附在晶圓W的表面上的甲硅烷與BCl3的反應變得難以產生，因此不是優選，另外，在溫度高于600°C的情況下，升溫需要時間，因此不是優選。另外，為了縮短成膜時間，在第I步驟和第2步驟中設定為相同的工藝溫度好。
在緊接著該第2氣體供給工序的之后的吹掃工序(S4)中，與步驟S2的吹掃工序同樣地對N2氣體進行流量控制并從輔助氣體供給部件56的氣體噴嘴56A供給N2氣體。實際上，自第2氣體供給工序連續地供給N2氣體。在此，將N2氣體用作吹掃氣體，為了將殘留在處理容器14內的BCl3氣體排除而使用該N2氣體。在此，并不是在吹掃工序的整個期間供給該N2氣體，只在一部分期間、例如前一半期間內供給該N2氣體，而在后一半期間內不供給該N2氣體而只繼續進行抽真空。
關于此時的工藝條件，與之前的步驟S2的吹掃工序相同。即，N2氣體的流量例如最大為5slm左右。工藝壓力在27Pa 6665Pa的范圍內，工藝溫度在350°C 600°C的范圍內，吹掃期間T4在O秒 300秒的范圍內、例如30秒左右。
由以上那樣的步驟SI S4的各工序構成的I個循環被重復進行規定的次數。該循環數取決于想要成膜的目標膜厚，在I個循環內進行例如O. 2nm O. 7nm左右的膜厚的成膜，因此，例如若需要60nm左右的膜厚，則執行100循環左右。如上這樣，在上述晶種膜 88上層疊形成由摻有作為雜質的B (硼)的非常薄的原子級別的厚度的非晶態的含雜質的硅膜90 (參照圖4B)構成的薄膜，能夠以嵌入性良好的狀態對形成在半導體晶圓W的表面上的凹部4 (參照圖4A和圖4B)內進行嵌入。
在此參照圖5A至圖5C所示的示意圖說明通過上述成膜產生的摻硼的非晶態的含雜質的硅膜的成膜過程。圖5A至圖5C是表示利用量子化學計算對摻硼的非晶態的含雜質的硅膜的成膜過程進行模擬時的結果的示意圖。在各圖的下面記載有活化能(eV)。在此， 利用模擬驗證了特別是通過使用SiH4 (甲硅烷)和BCl3進行的交替供給來進行低溫成膜的可能性。
首先，若從外部導入的SiH4 (甲硅烷)靠近已形成在半導體晶圓的表面上的S1-B鍵(參照圖5A)，則B原子的催化作用起作用，如圖5B所示，通過從SiH4 (甲硅烷)中去除 H2而產生SiH2,該SiH2容易被B吸附點捕獲。具體來說，SiH2向B的吸附點吸附的活化能降低到1. 2eV左右。另外，在沒有B (硼)的情況下活化能為+2. 4eV左右。之后，如圖5C所示，鏈狀地形成Si — Si鍵。
根據以上所述認為， 在以往所進行的那樣的僅通過單獨供給SiH4 (甲硅烷)而不能實用性地成膜的350°C左右的低溫下也能夠實現成膜，并且通過交替地供給氣體來獲得臺階覆蓋率良好的薄膜。
另一方面，在僅使用SiH4 (甲硅烷)進行的通常的CVD法中，幾乎不可能進行實用性的成膜。另外，在僅使用了 Si2H6的CVD法中，即使工藝溫度為400°C也能夠進行成膜，但是其臺階覆蓋率只有約80%左右，未能夠得到良好的結果。
如此，在能夠進行真空排氣的處理容器內在被處理體的表面上形成晶種膜和含雜質的硅膜的薄膜的形成方法具有以下步驟第I步驟，向處理容器內供給由氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體構成的晶種膜用原料氣體而在被處理體的表面上形成上述晶種膜；以及第2步驟，向處理容器內供給硅烷類氣體和含雜質氣體而形成非晶態的含雜質的硅膜，因此，即使在較低的溫度下也能夠形成嵌入特性良好且提高了表面粗糙度的精度的非晶態的含雜質的硅膜。
本發明方法的評價
在此，實際實施了本發明方法，在晶種膜上形成了摻硼的非晶態的硅膜，因此說明其評價結果。在此，將硅基板用作半導體晶圓，在該硅基板的表面上將氧化硅膜形成為基底層，在該氧化硅膜上形成了孔徑為50nm、深徑比為7的凹部。并且，在該氧化硅膜上形成了晶種膜88，進一步在該晶種膜88之上形成了以硼為雜質的摻硼的非晶態的含雜質的硅膜 90。
作為成膜方法，根據圖3所示的第I步驟84和第2步驟86進行處理，在第2步驟 86中使用了之前參照圖2的(A) 圖2的(C)說明的成膜方法。作為晶種膜用原料氣體，使用了作為氨基硅烷類氣體的一種的DIPAS，作為硅烷類氣體，使用了 SiH4 (甲硅烷)，作為含雜質氣體，使用了 BC13。工藝條件如下=DIPAS氣體的流量為500SCCm，SiH4 (甲硅烷)氣體的流量為2000sCCm，BCl3氣體的流量為200sCCm，在將N2氣體用作吹掃氣體時,N2氣體的流量為2slm，在將N2氣體用作壓力調整用氣體時,N2氣體的流量為lslm。工藝溫度整體統一地設定為400°C，第I氣體供給工序和第2氣體供給工序中的工藝壓力都是533Pa(4Torr)。 第I步驟的晶種膜形成工序SO的時間為5分鐘，對于第2步驟86中的各工序的時間，Tl為 30秒、時間T2為30秒、時間T3為30秒、時間T4為30秒。
這樣，對表面形成為溝道結構的晶圓進行了成膜，結果，以60循環獲得了I 80 A 的摻硼的非晶態的含雜質的硅膜。圖6表示此時的結果。圖6表示將摻硼的 非晶態的含雜質的硅膜形成在凹部時的電子顯微鏡照片的示意圖。在此，凹部的直徑為50nm，另外，凹部的深徑比(A/R)為“7”。在圖中，沿著凹部內記載有膜厚的尺寸。若根據該圖6進行判斷， 則臺階覆蓋率為95%以上，獲得了優異的結果。
另外，在上述成膜方法的第I實施例中，如圖2的(C)所示，在吹掃工序T2、T4中， 將N2氣體作為吹掃氣體進行了供給，在第2氣體供給工序中，將N2氣體作為壓力調整用氣體進行了供給，但是并不限定于此，可以如以下說明的那樣進行供給。圖2的(D) 圖2的 (F)表示N2氣體的供給方式的變形實施例。圖2的(D)所示的情況與圖2的(C)所示的情況不相同，在第2氣體供給工序的前后的兩個吹掃工序中，在前半部分不供給N2氣體，而在后半部分供給N2氣體。并且，在第2氣體供給工序中，與圖2的(C)的情況同樣地將N2氣體作為壓力調整用氣體進行供給。
在圖2的(E)所示的情況下，在第2氣體供給工序的前后的兩個吹掃工序中的N2氣體的供給方式與圖2的(C)所示的情況相同，在第2氣體供給工序中不供給N2氣體(壓力調整用氣體)。另外，在圖2的(D)所示的情況下，也可以在第2氣體供給工序中不供給N2 氣體。
圖2的(F)所示的情況與上述不相同，在第2氣體供給工序的前后的兩個吹掃工序中，在全部的整個期間內不供給N2氣體(吹掃氣體)，在第2氣體供給工序中，與圖2的(C) 所示的情況同樣地供給N2氣體(壓力調整用氣體)。如此，吹掃氣體、壓力調整用氣體的供給能夠采用各種方式。如上所述地在第2氣體供給工序中供給壓力調整用氣體理由在于， 若壓力在第I氣體供給工序與第2氣體供給工序之間大幅度地變化，則易于產生硅的遷移。 另外，也可以通過在上述第I步驟84和第2步驟86結束之后對半導體晶圓W進行加熱來進行退火(anneal)處理。
變形例
在上述實施例中，在第2步驟中交替地供給了硅烷類氣體和含雜質氣體，但是并不限定于此，也可以同時供給上述娃燒類氣體和含雜質氣體并利用CVD (Chemical Vapor Deposition)法形成含雜質的硅膜。在該情況下，工藝條件如下硅烷類氣體(例如甲硅燒)的流量在IOOsccm 2000sccm的范圍內，含雜質氣體(例如BCl3)的流量在50sccm 2000sccm的范圍內。另外，工藝壓力在O.1Torr IOTorr的范圍內，工藝溫度在350°C 600°C的范圍內。而且，根據所需的膜厚來確定工藝時間的長短。在該情況下，也能夠發揮與之前的實施例相同的作用效果。
基底(絕緣膜2)的種類和有無晶種膜的評價
接著，進行了與基底(絕緣膜2)的種類和有無晶種膜相關的評價實驗，因此說明該評價結果。在此，根據之前的成膜方法，使作為晶種膜用原料氣體的氨基硅烷類氣體向作為基底的絕緣膜2的表面預流動而形成了晶種膜88，之后在晶種膜88上形成了摻雜質的非晶態的含雜質的硅膜90。
圖7和圖8中表不沉積時間與非晶態的含雜質的娃I旲90的I旲厚之間的關系。圖 7是將作為基底的絕緣膜2設為氧化硅膜(SiO2)的情況，圖8是將作為基底的絕緣膜2設為氮化硅膜(SiN)的情況。在將沉積時間設為30分鐘時、45分鐘時以及60分鐘時這3點上測量了非晶態的含雜質的硅膜90的膜厚。
圖7和圖8中的線1、III示出了有預流動的情況的結果，線I1、IV示出了無預流動(無晶種膜88)的情況的結果。線I IV是利用最小二乘法對所測量的3個膜厚進行了直線近似而成的直線，計算式如下所示。
線1:y=17. 572x — 20. 855…(I)
線I1:y=17. 605x — 34. 929…(2)
線II1:y=18. Ollx — 27. 739…(3)
線IV :y=18. 091x — 41. 277…(4)
如圖7和圖8所示，有預流動的情況與無預流動的情況相比，非晶態的含雜質的硅膜90的膜厚增加的傾向顯而易見。
圖9和圖1 0示出了在將上述(I) (4)式設為y=0、即將非晶態的含雜質的硅膜的膜厚設為“O”時求出了線I IV與沉積時間的交點而得到的結果。另外，圖9相當于放大了圖7中的虛線框A內的放大圖，圖10相當于放大了圖8中的虛線框B內的放大圖。
如圖9所示，當作為基底的絕緣膜2為有預流動的氧化硅膜時，非晶態的含雜質的硅膜90自處理開始經過約1. 2分鐘(X 1. 189)后開始沉積。而當作為基底的絕緣膜2為無預流動的氧化硅膜時，非晶態的含雜質的硅膜90自處理開始經過約2. O分鐘(X ^1. 984) 后開始沉積。
另外，如圖10所示，當作為基底的絕緣膜2為有預流動的氮化硅膜時，非晶態的含雜質的硅膜90自處理開始經過約1. 5分鐘(X ^1. 540)后開始沉積，而當作為基底的絕緣膜2為無預流動的氮化硅膜時，非晶態的含雜質的硅膜90自處理開始經過約2. 3分鐘 (x ^ 2. 282)后開始沉積。
如此，通過對作為基底的絕緣膜2進行氨基硅烷類氣體的預流動來形成晶種膜 88，在作為基底的絕緣膜2為氧化硅膜的情況下，能夠將孵育時間從約2. O分鐘縮短到約1. 2分鐘，在作為基底的絕緣膜2為氮化硅膜的情況下，能夠將孵育時間從約2. 3分鐘縮短到約1. 5分鐘。
另外，當利用掃描式電子顯微鏡(SBO觀察非晶態的含雜質的硅膜的表面(基底為氧化硅膜)時，有氨基硅烷類氣體的預流動的情況與無氨基硅烷類氣體的預流動的情況相比，非晶態的含雜質的硅膜的表面變得平滑且表面粗糙度被改進的情況顯而易見。
圖11表示使用原子力顯微鏡(AFM)測量的非晶態的含雜質的硅膜表面的平均線粗糙度(表面粗糙度)Ra。在圖11所示的結果中，AFM的掃描尺寸設定為I μ m，掃描頻率設定為1. 993Hzο
如圖11所示，可知與無氨基硅烷類氣體的預流動相比，在有氨基硅烷類氣體的預流動的情況下，平均線粗糙度(表面粗糙度)Ra改進了 O.1Olnm O. 157nm。根據該AFM的測量結果，明確了本發明的非晶態的含雜質的硅膜的成膜方法特別是在非晶態的含雜質的硅膜的膜厚較薄的情況下，與無預流動的情況相比平均線粗糙度(表面粗糙度)Ra的改進效果較高。
例如，對于在膜厚為約50nm的非晶態的含雜質的硅膜，在無預流動的情況下， Ra=O. 411，而在有預流動的情況下，Ra=O. 254，Ra改進了 O. 157nm。該結果顯示了例如半導體裝置的微細化越進展，本發明的非晶態的含雜質的硅膜的成膜方法越有效。
圖12表示使用表面檢查裝置測量的非晶態的含雜質的硅膜的膜厚與非晶態的含雜質的硅膜表面的霧度(Haze)之間的關系。圖12所示的霧度是DWO模式(Dark Field Wide Oblique)下的霧度。如圖12所示，了解到在有氨基硅烷類氣體的預流動情況下，與無氨基硅烷類氣體的預流動的情況相比，在膜厚為50nm IOOnm的范圍內霧度改進了約2.1ppm0
以上，根據使用掃描式電子顯微鏡、原子力顯微鏡及表面檢查裝置進行的觀察及測量結果，本發明的非晶態的含雜質的硅膜的成膜方法在將氨基硅烷類氣體用作晶種膜用原料氣體來對半導體晶圓的基底的表面進行預流動而形成了晶種膜88之后，將氨基硅烷類氣體供給到晶種膜88上并使該進行氨基硅烷類氣體熱分解，從而能夠形成表面粗糙度的精度較高、即表面粗糙度較小的非晶態的含雜質的硅膜90。
這種非晶態的含雜質的硅膜90對于例如嵌入被形成在包括氧化硅膜或氮化硅膜的層間絕緣膜中的接觸孔、嵌入被形成在層間絕緣膜中的線、例如內部布線用槽是有用的。
第2實施例
接著，說明本發明的第2實施例。在之前的第I實施例中，說明了在第2步驟中形成非晶態的含雜質的硅膜90的情況，但是在該第2實施例中取代上述非晶態的含雜質的硅膜90而形成硅鍺膜(SiGe膜)。在第I步驟中形成晶種膜88這一點與之前的第I實施例的情況相同。
圖13是表示作為本發明的成膜裝置的第2實施例的一部分的含鍺氣體供給部件的圖，圖14是表示在本發明的第2實施例的第2步驟中的各氣體的供給方式的一個例子的時序圖，圖15是表示本發明方法的第2實施例的各工序的例子的流程圖，圖16A和圖16B 是表示根據本發明方法的第2實施例被形成薄膜的被處理體的一個例子的剖視圖。
在此，為了形成硅鍺膜，在之前參照圖1說明的成膜裝置12上追加設置圖13所示的含鍺氣體供給部件130即可。該含鍺氣體供給部件130具有貫穿歧管26地設置的氣體噴嘴130A，在該氣體噴嘴130A上連接有氣體通路132，并且在該氣體通路132上依次夾設有開閉閥132A和質量流量控制器那樣的流量控制器132B，對含鍺氣體進行流量控制并使含鍺氣體流動。作為該含鍺氣體，能夠使用例如甲鍺烷(氫化鍺(GeH4)),但是并不限定于此， 能夠使用由從甲鍺烷、Ge2H6組成的組中選擇的I種以上的氣體。
上述硅鍺膜中的鍺的濃度只要大于0%且小于100%就可以是任何值，優選在 10% 90%的范圍內。另外，在該硅鍺膜中，既可以含雜質，或也可以不含雜質。在該硅鍺膜中不含雜質的情況下，在上述那樣的成膜裝置例子中當然就不需要含雜質氣體供給部件 54 (參照圖1)。
成膜方法的第2實施例
在利用在圖1所示的成膜裝置12上追加設置上述含鍺氣體供給部件130而成的成膜裝置進行的成膜方法的第2實施例中，具有以下步驟第I步驟84，向上述處理容器14 內供給由氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體構成的晶種膜用原料氣體而在上述被處理體的表面上形成上述晶種膜；以及第2步驟134，向上述處理容器14內供給硅烷類氣體和含鍺氣體而形成上述硅鍺膜。
在該情況下，如上述那樣既可以使上述硅鍺膜中含雜質，也可以使上述硅鍺膜中不含雜質。在上述硅鍺膜中含雜質的情況下，既可以交替地進行硅烷類氣體和含鍺氣體這兩種氣體的供給、含雜質氣體的供給，也可以同時供給上述硅烷類氣體、含鍺氣體以及含雜質氣體。
在此，首先，作為一個例子，說明交替地進行硅烷類氣體和含鍺氣體這兩種氣體的供給、含雜質氣體的供給的情況。即，在第2步驟中，如圖15所示，通過交替地重復進行第I 氣體供給工序和第2氣體供給工序來形成含雜質的硅鍺膜，在該第I氣體供給工序中以硅烷類氣體和含鍺氣體吸附在作為上述被處理體的半導體晶圓W的表面上那樣的狀態向上述處理容器14內供給上述硅烷類氣體和上述含鍺氣體，在該第2氣體供給工序中向上述處理容器14內供給含雜質氣體。
在第I步驟84中，與圖3所示的第I實施例的第I步驟84完全相同地形成晶種膜88 (參照圖16A和圖16B)。在第2步驟134中，除了在第I氣體供給工序SI中不僅使硅烷類氣體流動還使含鍺氣體流動這一點不相同之外，關于其他各工序S2 S5全部與圖 3所示的第I實施例的 情況相同。
S卩，在該第2步驟134中，如圖14所示，使含鍺氣體(參照圖14的(D))與圖14的 (A)的硅烷類氣體同步而使兩者同時流動。另外，含雜質氣體(圖14的(B))、吹掃氣體以及壓力調整用氣體(圖14的(C))的供給方式與參照圖2說明的情況完全相同，另外，也可應用其變形的方式。
如上所述，在第2步驟134的第I氣體供給工序SI中同時供給甲硅烷氣體和甲鍺烷氣體而形成為在半導體晶圓W的表面上吸附兩種氣體的狀態。由此，最終，如圖16B所示，層疊而形成摻硼的含雜質的硅鍺膜136。該硅鍺膜136既可以是非晶態的狀態，也可以是單晶的狀態或多晶的狀態。
上述第2步驟134的第I氣體供給工序SI的甲鍺燒氣體的流量在IOsccm 2000sccm的范圍內。工藝溫度、工藝壓力以及氣體供給時間Tl也與第I實施例的情況相同。例如甲硅烷氣體的流量在例如IOOsccm 4000sccm的范圍內、例如1200sccm左右，工藝壓力在27Pa 6665Pa (O. 2Torr 50Torr)的范圍內、例如533Pa (4Torr)左右，工藝溫度在350°C 600°C的范圍內、例如400°C左右，氣體的供給期間Tl在I秒 300秒的范圍內、例如60秒左右。另外，圖2的(D) 圖2的(F)所示那樣的N2氣體的供給方式的變形實施例當然也能夠應用于該第2實施例。
這樣，在上述晶種膜88上層疊形成由非常薄的原子級別的厚度的硅鍺膜136 (參照圖16B)構成的薄膜，能夠對形成在半導體晶圓W的表面上的凹部4(參照圖16A和圖16B) 內以嵌入性良好的狀態進行嵌入。在此，如上所述，在硅鍺膜136中摻有B (硼)作為雜質。
如此，在能夠進行真空排氣的處理容器14內在被處理體的表面上形成晶種膜88 和硅鍺膜136的薄膜的形成方法具有以下步驟第I步驟84，向處理容器14內供給由氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體構成的晶種膜用原料氣體而在被處理體的表面上形成上述晶種膜88 ；以及第2步驟，向處理容器14內供給硅烷類氣體和含鍺氣體而形成硅鍺膜136，因此，即使在較低的溫度下也能夠形成嵌入特性良好且提高了表面粗糙度的精度的硅鍺膜。
變形例I
在上述實施例中，在第2步驟中交替地供給了硅烷類氣體及含鍺氣體、含雜質氣體,但是并不限定于此,也可以同時供給上述硅烷類氣體、含鍺氣體以及含雜質氣體并利用 CVD法形成含雜質的硅鍺膜。在該情況下，工藝條件如下硅烷類氣體(例如甲硅烷)的流量在IOOsccm 2000sccm的范圍內，含鍺氣體(例如甲鍺燒)的流量在IOOsccm 2000sccm 的范圍內，含雜質氣體(例如BCl3)的流量在50SCCm 500SCCm的范圍內。另外，工藝壓力在O.1Torr IOTorr的范圍內，工藝溫度在350°C 600°C的范圍內。而且，根據所需的膜厚來確定工藝時間的長短。在該情況下，也能夠發揮與之前的實施例相同的作用效果。
變形例2
在上述變形例I中，在第2步驟中同時供給了上述硅烷類氣體、含鍺氣體以及含雜質氣體，但是并不限定于此，如之前說明的那樣，可以不供給含雜質氣體而同時供給上述硅烷類氣體和含鍺氣體并利用CVD法形成不含雜質的硅鍺膜。在該情況下，工藝條件如下硅烷類氣體(例如甲硅烷)的流量在lOOsccm 2000SCCm的范圍內，含鍺氣體(例如甲鍺烷)的流量在IOOsccm 2000sccm的范圍內。另外，工藝壓力在O.1Torr IOTorr的范圍內，工藝溫度在350°C 600°C的范圍內。而且，根據所需的膜厚來確定工藝時間的長短。在該變形例2中，如上所述，當然變得不需要含雜質氣體供給部件54 (參照圖1)。在該情況下，也能夠發揮與之前的實施例相同的作用效果。
本發明方法的第2實施例的評價
在此，對上述那樣的本發明方法的第2實施例進行了實驗，因此說明其評價結果。 圖17是表示用于對本發明方法的第2實施例進行評價的表面粗糙度的結果的圖表，圖18 是表示進行本發明方法的第2實施例時所沉積的硅鍺膜的表面的附圖代用照片。在此，在氧化硅膜上形成晶種膜，在該晶種膜上如上述變形例2那樣進行并通過CVD成膜形成了不含雜質的硅鍺膜。工藝條件使用了在之前的本發明方法的第2實施例中說明的工藝條件。 對于工藝溫度，進行了 400°C、430°C以及450°C這3個點。
另外，為了進行比較，還進行了在氧化硅膜上不形成晶種膜就直接形成硅鍺膜的比較實驗，當作比較例。此時的工藝溫度進行430°C和450°C這兩個點。圖17中的“as d印” 表示剛形成了娃鍺膜之后的狀態，“PDA” (Post Deposition Anneal)表示沉積后退火。
另外，圖18的照片是利用電子顯微鏡獲得的。如圖17所示，在無晶種膜的比較例的情況下，硅鍺膜的表面粗糙度在8nm以上，表面粗糙度較大，也由圖18所示的照片顯而易見，表面上出現較大的凹凸，不是優選。
而在本發明方法的第2實施例的有晶種膜的情況下，在400°C 450°C的整個范圍內，表面粗糙度在Inm以下，非常小，也由圖18所示的照片顯而易見，表面非常平滑，能夠理解到處于優選的狀況。
另外，在上述成膜方法的各個實施例中，間歇性地供給N2氣體，但是并不限定于此，也可以在成膜處理的整個過程中連續供給N2氣體而使壓力沒有太大的變化。
另外，在上述成膜方法的各實施例中，將N2氣體用作各吹掃工序的吹掃氣體、第2 氣體供給工序的壓力調整用氣體，但是也可以取代該N2氣體而使用Ar、He等稀有氣體。而且，在上述各個實施例中，將N2氣體用作各吹掃工序的吹掃氣體、第2氣體供給工序的壓力調整用氣體，但是可以取代上述N2氣體,而使用稀有氣體、H2 (氫)氣體,或者將H2 (氫)氣體與該N2氣體、稀有氣體混合到一起使用。特別是若使用H2氣體，則該H2氣體發揮對硅的遷移進行抑制的作用，因此能夠防止硅膜、硅鍺膜微粒化而附著的 情況，能夠進一步提高嵌入特性。
另外，在上述成膜方法的各實施例中，主要在第2氣體供給工序中供給壓力調整用氣體，但是也可以取代在第2氣體供給工序中供給壓力調整用氣體而在第I氣體供給工序中也供給壓力調整用氣體，或者在第2氣體供給工序中供給壓力調整用氣體并且在第I 氣體供給工序中也供給壓力調整用氣體。另外，在上述成膜方法的各實施例中，以將甲硅烷用作硅烷類氣體的情況為例進行了說明，但是并不限定于此，能夠使用從由甲硅烷和高級硅烷組成的組中選擇的I種以上的氣體種類。
另外，在上述成膜方法的各實施例中，為了使膜含有雜質(摻雜物)而使用了 BCl3 氣體，但是并不限定于此，上述含雜質氣體能夠使用從由BC13、PH3、PF3、AsH3、PC13、B2H6組成的組中選擇的I種以上的氣體種類，也可以使膜摻有各種雜質。
另外，若使晶種膜88變厚，則會使非晶態的含雜質的硅膜90、硅鍺膜136的膜厚增加，會損害半導體裝置的微細化。另外，晶種膜88用于均勻地產生非晶態的含雜質的硅的核、硅鍺的核的膜。因此，晶種膜88的厚度最好較薄，優選為單原子層級別的厚度左右。若提到具體的晶種膜88的厚度，則優選為O.1nm 5. Onm。
另外，作為氨基硅烷類氣體，優選I價氨基硅烷類氣體、例如DIPAS(二異丙基氨基硅烷)。而且，優選不使氨基硅烷分解，而例如使氨基硅烷吸附在作為基底的絕緣膜2上。例如，DIPAS在450°C以上發生熱分解。若氨基硅烷發生熱分解，則有時在所形成的膜中帶入碳(C)、氮(N)等雜質。通過使氨基硅烷不發生分解就例如吸附在作為基底的絕緣膜2上， 能夠獲得能夠抑制在所形成的膜中帶入雜質的情況這樣的優點。
另外，非晶態的含雜質的硅膜90和硅鍺膜136的厚度優選為Inm lOOnm，但是例如也可以形成為Inm 50nm的范圍的厚度。作為上述成膜方法，既可以是如上所述地簡單地交替供給兩種氣體，也可以是層疊原子級別或分子級別的厚度的薄膜的、所謂的ALD (Atomic Layer Deposition :原子層沉積)方法。而且,也可以使娃燒類氣體的供給是非飽和吸附并且使含雜質氣體的供給是飽和吸附。
另外，在上述各實施例中，在第I步驟中，以將氨基硅烷類氣體用作晶種膜用原料氣體的情況為例進行了說明，但是也能夠如上所述地將在氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體用作晶種膜用原料氣體。例如在將高級硅烷用作晶種膜用原料氣體的情況下(不使用氨基硅烷類氣體)，形成晶種膜時的工藝溫度在例如為400°C左右，晶種膜形成為約Inm 2nm的厚度。在該情況下，晶種膜的表面粗糙度也比較良好并成為連續膜的狀態。
另外，在將氨基硅烷類氣體用作晶種膜用原料氣體的情況下(不使用高級硅烷)， 由于在膜厚不會相對于供給時間增加的范圍內使用氨基硅烷類氣體，因此能夠作為I個分子層(約0.1nm 0. 5nm)左右的晶種膜的膜厚來使用。在該情況下的工藝溫度在例如 25°C 550°C左右，也能夠實現比使用了上述高級硅烷來形成晶種膜時的情況更低的溫度下的晶種膜的形成。
另外，在第I步驟中，如上所述，能夠將氨基硅烷類氣體和高級硅烷用作晶種膜用原料氣體。具體來說，存在以下方式第I方式，最先使上述氨基硅烷類氣體流動，接著使上述高級硅烷流動；第2方式，將由最先使上述氨基硅烷類氣體流動的工序和接著使上述高級硅烷流動的工序構成的I個序列(sequence)進行多次；以及第3方式，其同時使上述氨基硅烷類氣體和上述高級硅烷流動。
在上述第I方式、即交替地將上述氨基硅烷類氣體和上述高級硅烷流動各I次方式的情況下，能夠獲得表面粗糙度比通過使高級硅烷單獨流動而形成的晶種膜的表面粗糙度良好的、作為連續膜的晶種膜。另外，在上述第2方式、即交替地使上述氨基硅烷類氣體和上述高級硅烷多次重復流動的方式的情況下，能夠獲得比上述第I技術方案厚的、作為連續膜的晶種膜。
另外，在上述第3方式的情況下，能夠在短時間內形成晶種膜，在生產率方面有利。
另外，在上述本發明中，作為能夠在第I步驟和第2步驟中使用的上述高級硅烷， 例如用SimH2m+2 (其中，m為2以上的自然數)式表示的硅的氫化物優選從以下高級硅烷中的至少一種中選擇。
乙硅烷(Si2H6)
丙硅烷(Si3H8)
丁硅烷(Si4H10)
戊硅烷(Si5H12)
己硅烷(Si6H14)
庚硅烷(Si7H16)
而且作為高級硅烷，例如用SinH2n (其中，η為3以上的自然數)式表示的硅的氫化物優選從以下高級硅烷中的至少一種中選擇。
環丙硅烷(Si3H6)
環丁硅烷(Si4H8)
環戊硅烷(Si5H10)
環己硅烷(Si6H12)
環庚硅烷(Si7H14)
在此，在第I步驟中將高級硅烷用作晶種膜用原料氣體的情況下，取代氨基硅烷類氣體的供給系統而設置高級硅烷氣體的供給系統，或者與氨基硅烷類氣體的供給系統一同設置高級硅烷氣體的供給系統。另外，在第I步驟和第2步驟中分別使用高級硅烷的情況下，例如當然能夠兼用I個硅烷類氣體供給部件52。
另外，在此，如圖1所示，以處理容器14為單層的單管式的批量型的成膜裝置為例進行了說明，但是并不限定于此，也能夠將本發明應用于處理容器14是由內筒和外筒構成的雙重管式的批量型的成膜裝置。而且，氣體噴嘴52Α、54Α、56Α、80Α使用了只從其頂端噴出氣體的直管式氣體噴嘴，但是并不限定于此，也可以使用在沿著處理容器14的長度方向配置的氣體管上以規定的間距設置多個氣體噴射孔并從各氣體噴射孔噴射氣體的、所謂的分散型氣體噴嘴。
而且，在此，以如上所述地一次處理多張半導體晶圓W的批量式成膜裝置為例進行了說明，但是并不限定于此，當然也能夠將本發明應用于I張I張地處理半導體晶圓W 的、所謂的單張式的成膜裝置。
另外，在此，作為被處理體，以半導體晶圓為例進行了說明，但是該半導體晶圓還包括硅基板、GaAs、SiC、GaN等化合物半導體基板，而且并不限定于上述的基板，也能夠將本發明應用于液晶顯示裝置所使用的玻璃基板、陶瓷基板等。
采用本發明的薄膜的形成方法和成膜裝置，能夠發揮如下的優異的作用效果。
采用上述本發明的一技術方案的發明，在能夠進行真空排氣的處理容器內在被處理體的表面上形成晶種膜和含雜質的硅膜的薄膜的形成方法具有以下步驟第I步驟，向處理容器內供給由氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體構成的晶種膜用原料氣體而在被處理體的表面上形成上述晶種膜；以及第2步驟，向處理容器內供給硅烷類氣體和含雜質氣體而形成非晶態的含雜質的硅膜，因此，即使在較低的溫度下，也能夠形成嵌入特性良好并且提聞了表面粗糖度的精度的非晶態的含雜質的娃月旲。
采用上述本發明的另一技術方案的發明，在能夠進行真空排氣的處理容器內在被處理體的表面上形成晶種膜和硅鍺膜的薄膜的形成方法具有以下步驟第I步驟，向上述處理容器內供給由氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體構成的晶種膜用原料氣體而在上述被處理體的表面形成上述晶種膜；以及第2步驟，向上述處理容器內供給硅烷類氣體和含鍺氣體而形成上述硅鍺膜，因此，即使在較低的溫度下，也能夠形成嵌入特性良好并且提聞了表面粗糖度的精度的娃錯月旲。
本申請基于2011年9月30日向日本特許廳提交的日本專利申請第2011 — 217390號和2011年11月2日 提交的日本專利申請第2011 — 240840號要求優先權，其全部公開內容作為參照包括在本說明書中。
權利要求
1.一種薄膜的形成方法，其用于在能夠進行真空排氣的處理容器內在被處理體的表面上形成晶種膜和含雜質的硅膜，其特征在于， 該薄膜的形成方法具有以下步驟 第I步驟，向上述處理容器內供給由氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體構成的晶種膜用原料氣體而在上述被處理體的表面上形成上述晶種膜；以及 第2步驟，向上述處理容器內供給硅烷類氣體和含雜質氣體而形成非晶態的上述含雜質的娃膜。
2.根據權利要求1所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 在上述第2步驟中，交替地重復進行第I氣體供給工序和第2氣體供給工序，在該第I氣體供給工序中以硅烷類氣體吸附在上述被處理體的表面上的狀態向上述處理容器內供給該硅烷類氣體，在該第2氣體供給工序中向上述處理容器內供給含雜質氣體。
3.根據權利要求1所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 在上述第2步驟中，向上述處理容器內同時供給上述硅烷類氣體和上述含雜質氣體。
4.根據權利要求1所述的薄膜的形成方法，其特征在于，上述硅膜的厚度為Inm lOOnm。
5.一種薄膜的形成方法，其用于在能夠進行真空排氣的處理容器內在被處理體的表面上形成晶種膜和硅鍺膜，其特征在于， 該薄膜的形成方法具有以下步驟 第I步驟，向上述處理容器內供給由氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體構成的晶種膜用原料氣體而在上述被處理體的表面上形成上述晶種膜；以及 第2步驟，向上述處理容器內供給硅烷類氣體和含鍺氣體而形成上述硅鍺膜。
6.根據權利要求5所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 在上述第2步驟中，為了使上述硅鍺膜含有雜質而使用含雜質氣體。
7.根據權利要求6所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 在上述第2步驟中，交替地重復進行第I氣體供給工序和第2氣體供給工序，在該第I氣體供給工序中以上述硅烷類氣體和上述含鍺氣體吸附在上述被處理體的表面上的狀態向上述處理容器內供給上述硅烷類氣體和上述含鍺氣體，在該第2氣體供給工序中向上述處理容器內供給含雜質氣體。
8.根據權利要求6所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 在上述第2步驟中，向上述處理容器內同時供給上述硅烷類氣體、上述含鍺氣體以及上述含雜質氣體。
9.根據權利要求5所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 上述含鍺氣體由從甲鍺烷和Ge2H6組成的組中選擇的I種以上的氣體構成。
10.根據權利要求5所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 上述娃鍺膜的厚度為Inm lOOnm。
11.根據權利要求1所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 上述第I步驟的工藝溫度在25°C 550°C的范圍內。
12.根據權利要求1所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 上述第I步驟的工藝溫度和上述第2步驟的工藝溫度設定得相同。
13.根據權利要求1所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 將上述氨基硅烷類氣體和上述高級硅烷用作上述第I步驟中的晶種膜用原料氣體。
14.根據權利要求13所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 在上述第I步驟中，最先使上述氨基硅烷類氣體流動，接著使上述高級硅烷流動。
15.根據權利要求13所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 在上述第I步驟中，將由最先使上述氨基硅烷類氣體流動的工序和接著使上述高級硅烷流動的工序構成的I個序列進行多次。
16.根據權利要求13所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 在上述第I步驟中，同時使上述氨基硅烷類氣體和上述高級硅烷流動。
17.根據權利要求2所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 上述第I氣體供給工序的工藝溫度和第2氣體供給工序的工藝溫度分別在350°C 600°C的范圍內。
18.根據權利要求2所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 上述第I氣體供給工序和第2氣體供給工序中的工藝壓力分別在27Pa 6665Pa、SPO.2Torr 50Torr的范圍內。
19.根據權利要求2所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 在上述第I氣體供給工序與上述第2氣體供給工序之間進行用于排除上述處理容器內的殘留氣體的吹掃工序。
20.根據權利要求19所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 在上述吹掃工序的整個期間或部分期間中供給用于促進殘留氣體的排除的吹掃氣體。
21.根據權利要求2所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 在上述第I氣體供給工序和上述第2氣體供給工序之中的至少任一個氣體供給工序中供給壓力調整用氣體。
22.根據權利要求1所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 上述硅烷類氣體由從甲硅烷和高級硅烷組成的組中選擇的I種以上的氣體種類構成。
23.根據權利要求1所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 上述含雜質氣體由從BC13、PH3、PF3、AsH3、PC13、B2H6組成的組中選擇的I種以上的氣體種類構成。
24.根據權利要求1所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 上述晶種膜的厚度為O.1nm 5. Onm。
25.根據權利要求1所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 上述氨基硅烷類氣體包括從BAS (丁基氨基硅烷)、BTBAS (雙叔丁基氨基硅烷)、DMAS(二甲氨基硅烷)、BDMAS (雙(二甲氨基)硅烷)、TDMAS (三(二甲氨基)硅烷)、DEAS (二乙基氨基硅烷)、BDEAS (雙(二乙基氨基)硅烷)、DPAS (二丙基氨基硅烷)、DIPAS (二異丙基氨基硅烷)、以及HEAD (六乙基氨基二硅烷)組成的組中選擇的I種以上的氣體。
26.根據權利要求1所述的薄膜的形成方法，其特征在于， 在形成了所有的上述薄膜之后，進行退火工序。
27.一種成膜裝置，其用于在被處理體的表面上形成含雜質的薄膜，其特征在于， 該成膜裝置包括處理容器，其能夠容納上述被處理體；保持部件，其用于在上述處理容器內保持上述被處理體；加熱部件，其用于加熱上述被處理體；氣體供給部件，其用于向上述處理容器內供給所需的氣體；真空排氣系統，其用于排出上述處理容器內的氣氛氣體；控制部件 ，其用于控制裝置整體的動作，從而執行權利要求1所述的薄膜的形成方法。
全文摘要
本發明提供薄膜的形成方法和成膜裝置。在能夠進行真空排氣的處理容器內在被處理體的表面上形成晶種膜和含雜質的硅膜的薄膜的形成方法具有以下步驟第1步驟，向處理容器內供給由氨基硅烷類氣體和高級硅烷之中的至少任一種氣體構成的晶種膜用原料氣體而形成晶種膜；以及第2步驟，向處理容器內供給硅烷類氣體和含雜質氣體而形成非晶態的上述含雜質的硅膜。
文檔編號H01L21/67GK103031530SQ201210371168
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優先權日2011年9月30日
發明者柿本明修, 遠藤篤史, 宮原孝廣, 中島滋, 高木聰, 五十嵐一將 申請人:東京毅力科創株式會社